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腐蚀保护等级

       腐蚀保护等级通常有三个基本分类:1.腐蚀预防;2.腐蚀控制;3.阴极保护。这三个等级的相似之处在于通过提供保护性电流阻止或者减少钢筋的腐蚀活动。每一等级适用于特定的范围,不同指出在于他们所提供的电流密度不一样。

 

腐蚀预防

 

       腐蚀预防是阻止腐蚀的发生,即使混凝土已经被污染。预防腐蚀发生在氯离子污染混凝土的小块修补的案例中很有用。修补完成后,严重腐蚀区域的问题就能通过混凝土凿除和更换解决。如果修补按照行业规范进行,如《IRCI钢筋锈蚀引起的恶化混凝土修补处理》(指南编号No.03730),那么混凝土修补范围则会延伸至无钢筋锈蚀的区域,彻底凿除腐蚀严重的混凝土,然后在修补区域使用无氯混凝土、砂浆或者喷射砂浆完成修补。这样修补区域自身会提供一个较长的使用寿命。

       但问题是修补区域周围未凿除的氯离子污染混凝土。这些区域通过修补区域剧烈腐蚀的副作用达到腐蚀预防的效果。尽管修补区域性能良好,但是其对周围区域的保护在修补结束后就丧失了。

       因此,问题的关键是使用多大的电流预防腐蚀发生,人们在这方面进行了大量研究。Pietro Pedeferri在《阴极保护和阴极防护》一文中做了很好的总结。这篇文章指出,当氯离子浓度至少是腐蚀发生临界值10倍的时候,使用0.5-2.0mA/m2的电流密度效果显著。

       Bertolini和其他人员的研究显示了当电流密度在0.25-1 mA/m2之间时,效果良好。FHWA SHRP的研究表明当混凝土为6lbs/yd3时,0.5 mA/m2的电流密度足以阻止处于剧烈腐蚀状态的钢筋锈蚀活动。这种已经开始腐蚀的情况比起简单的预防腐蚀发生要更加严峻,因此,预防腐蚀发生需要的电流应远低于0.5 mA/m2

        另一个特点是随着时间的发展,预防腐蚀发生的电流密度降低,这得益于阴极的化学反应,提高了钢筋的碱性,同时新旧钢筋交界处腐蚀性离子(如氯离子)的浓度也随时间降低。

       我们在许多修复工程中经常见到这样一种情况,即混凝土虽然出现了氯离子污染,但是腐蚀还未来得及开始。比如混凝土修补结束后,氯离子污染的混凝土仍然与修补区域之外的钢筋接触。如果不解决这个问题,相对于修补区域内的混凝土和无污染混凝土中的钢筋,这些区域就变成阳极,易在修补区域周围形成新的腐蚀点。新旧混凝土的接缝处也会发生同样的情况,如面板更换、伸缩缝修补、车道增加(新面板的钢筋绑在原有面板的钢筋上)。

 

腐蚀控制

 

       腐蚀控制的特点是能显著降低混凝土中钢筋剧烈腐蚀的速度。腐蚀控制也许不能完全阻止正在进行的腐蚀,但是腐蚀活动的减少能大大延长现有腐蚀结构的使用寿命。腐蚀控制的应用条件为比如氯离子已经存在,有些区域可能已经发生腐蚀,但混凝土尚未被破坏。

       减少剧烈腐蚀活动要求的电流比腐蚀预防的高很多,根据Glass et. al.在《混凝土电化学处理的保护效果》的描述,腐蚀控制一般要求的电流密度范围是1-7 mA/m2。在这些研究中,尽管钢筋的初始腐蚀始速度很高,但是仍然达到了腐蚀控制的目的。

        在这个电流密度区间内,钢筋通常会发生极化,尽管极化电流可能比NACE规定的100mV低的多。Glass在原始参考文件中也描述了这种现象(腐蚀,55(3), (1999) 286-290)。

       Gulis,Lai,Tharmabala在《灵顿湾高架公路下层结构阴极保护》(IRF,1997)对腐蚀控制案例进行了描述。这个工程由安大略省交通部负责。这篇文章描述了灵顿湾高架公路上两种阴极保护系统的安装和性能。由于多种技术方面的因素,这些系统的有效电流密度降至1 mA/m2(根据钢筋表层面积,电流密度应为2 mA/m2)。在这个电流密度下,只有40%-60%的区域达到了100mV的极化电流标准(48小时后),但是与未受保护的桥墩相比,保护区域的混凝土剥落的速度由原来每年1%降低至0.04%。尽管最初目的是阴极保护,但是这些系统现在作为腐蚀控制方法使用,使混凝土恶化速度降低了96%。

       与上面所说的腐蚀预防类似,随着时间的发展,阴极的化学反应使钢筋碱性增加,钢筋交界处氯离子之类腐蚀性离子的浓度降低,腐蚀控制要求的电流密度也不断降低。

       在许多情况中,腐蚀条件中等,或者腐蚀范围并未均匀扩大,阴极保护等级过高,成本也不合算,那么可以采用腐蚀控制系统。比如桥面板的防水膜破坏,可在渗水接缝或者渗水区域下方的局部使用腐蚀控制系统。在两个案例中,氯离子污染的混凝土区域仍然存在,且可能引发局部腐蚀。这些特定区域的腐蚀控制能以较低的增量成本延长修复结构的使用寿命。

 

阴极保护

 

       阴极保护旨对使用阴极保护的构件提供彻底的或者接近彻底的腐蚀保护,其所需要的电流通常比上述系统高,一般在5-20 mA/m2之间。尽管许多系统规定的电流密度是20 mA/m2,但是实际电流密度通常为10 mA/m2。目前NACE的极化电流验收标准为100 mA。这个标准正在进行核查,以后可能会进行调整。

       在这个电流密度和极化电流水平下,阴极保护展示出了极高水平的腐蚀保护能力,许多文献也提及了这一点。

       根据腐蚀的具体情况,加之阴极保护成本高昂,有时也不需要进行最高等级的腐蚀保护。许多案例中存在腐蚀条件,如果不进行处理,结构的性能就会受到破坏,而未来进行维修的成本过高。如果腐蚀条件恶劣,并且结构的完整性存在风险,此时可以使用阴极保护延长结构使用寿命。

*本文选自《Levels of Active Corrosion Protection》,由Vector Corrosion Technologies提供,上海法赫桥梁隧道养护工程技术有限公司编译。

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